毛銳 覃聰 張陽

（1.息烽縣工業(yè)和信息化局，貴州貴陽 550000；2.遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563000;3.黔東南州工業(yè)和信息化局，貴州黔東南 556000）

采礦業(yè)是現(xiàn)代經(jīng)濟基礎(chǔ)，是工業(yè)生產(chǎn)的能源與原材料來源，礦山開采是農(nóng)業(yè)之外人類經(jīng)濟生產(chǎn)活動中最古老的行業(yè)[1]。通過開采各類礦產(chǎn)資源，提供大量工業(yè)生產(chǎn)所需要的原材料和資源，是社會其他經(jīng)濟生產(chǎn)活動得以順利開展的基礎(chǔ)和前提。礦山智能化建設(shè)直接關(guān)系我國國民經(jīng)濟和社會智能化的進程，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算等ICT技術(shù)與現(xiàn)代礦產(chǎn)資源開發(fā)利用深度融合，對提升我國礦山行業(yè)的安全生產(chǎn)水平、保障礦產(chǎn)資源穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。

一、礦山行業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外礦山智能化發(fā)展現(xiàn)狀

國際上把礦山的智能化分為五個階段，分別是原始階段、機械化階段、信息化階段、數(shù)字化階段和智能化階段（表1）。

表1 國外礦山智能化發(fā)展階段

（二）國內(nèi)礦山智能化發(fā)展現(xiàn)狀

1. 智能礦山建設(shè)各具特色

我國礦山智能化建設(shè)各具特色，如陜煤白水煤礦運用5G技術(shù)，模擬實地采礦場景，創(chuàng)新了礦產(chǎn)資源開采新模式，形成礦業(yè)發(fā)展新引擎。江銅德興銅礦運用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，在“采、裝、運、支”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)了智能化，減少了開采環(huán)節(jié)的作業(yè)工人，實現(xiàn)了無人化和少人化，大大提高了井下開采的安全性。山東能源集團引入華為Stack大模型，滿足“數(shù)據(jù)不出企”的要求，初步實現(xiàn)了采礦行業(yè)從人工管理到智能化管理、從被動管理到主動管理的轉(zhuǎn)變。

國際上，智能采礦已被廣泛認為是礦山未來的發(fā)展方向，在采礦過程中運用智能化技術(shù)和設(shè)備可以極大地提高生產(chǎn)力、保障從業(yè)人員的安全、減少財產(chǎn)損失，因此智能礦山是礦山技術(shù)變革、生產(chǎn)方式創(chuàng)新的必然趨勢。經(jīng)過長久的發(fā)展和探索，發(fā)達國家在礦業(yè)領(lǐng)域的智能化建設(shè)已經(jīng)日漸成熟，并廣泛運用。我國近年來對礦山智能化技術(shù)的研究也愈發(fā)重視，以安全、綠色、高效、經(jīng)濟、安全為目標，引導(dǎo)礦山企業(yè)構(gòu)建智能化系統(tǒng)，并在政策、技術(shù)、資金等方面給予大力支持。國內(nèi)近年來對智能采礦的政策支持情況見表2。

表2 國內(nèi)近年來對智能采礦的政策支持情況

2. 智能化發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進

2023年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），提出要做強做優(yōu)做大數(shù)字經(jīng)濟，培育壯大數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)，研究制定推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的措施，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群[2]。在國家戰(zhàn)略和政策的指引下，國家相關(guān)部委、礦山行業(yè)協(xié)會也頒布了一系列礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型的相關(guān)政策及指導(dǎo)意見，為礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供指引以及營造良好的政策環(huán)境，加快推動礦山企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，給礦業(yè)發(fā)展注入新動能，為礦山企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展開拓新領(lǐng)域。

（三）降本增效效果明顯

礦企對智能化建設(shè)的投入，一方面是出于政策安全監(jiān)管方面的要求；另一方面則是出于礦山生產(chǎn)經(jīng)營降本增效方面的需求。智能礦山系統(tǒng)對礦山生產(chǎn)提質(zhì)增效的效果已經(jīng)開始顯現(xiàn)，對不合規(guī)、有風(fēng)險的行動進行及時預(yù)警，減少安全事故發(fā)生概率，避免因停產(chǎn)整頓產(chǎn)生的巨額虧損。精細化管理整個生產(chǎn)流程，避免過往傳統(tǒng)、粗放的流程導(dǎo)致的浪費，實現(xiàn)降本增效；智能決策系統(tǒng)與智能化設(shè)備有效降低了礦山作業(yè)場景對人力的需求，并實現(xiàn)流程規(guī)范化，降低勞動力雇傭成本與管理成本（圖1）。

圖1 煤礦智能化提升投資回報

（四）產(chǎn)學(xué)研深度融合

礦山智能化建設(shè)迫切需要既理解礦山業(yè)務(wù)又掌握信息技術(shù)的復(fù)合型人才；盡管中國正處于工程師紅利期，但能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字技術(shù)與礦山實際場景深度融合的高端技術(shù)人員仍相對稀缺。在采礦工程類本科生穩(wěn)定招生1.2萬人的背景下，2022年智能采礦專業(yè)招生數(shù)量較2021年增長4倍多，該趨勢有助于礦山“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新體系的打造。

二、智能礦山建設(shè)路徑探索

智能礦山是把地質(zhì)勘探監(jiān)測、礦產(chǎn)資源儲量摸底、采礦、選礦、冶煉、生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護等各要素結(jié)合起來，共同實現(xiàn)數(shù)字化、自動化、信息化和系統(tǒng)化管控，使礦山運行系統(tǒng)具有報警、分析、判斷和處理的能力，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)和管理。

（一）大力建設(shè)通信設(shè)施

穩(wěn)定的5G通信網(wǎng)絡(luò)是智能礦山運行必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。5G專網(wǎng)是當下礦山場景中無線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)選擇，能夠解決當下Wi-Fi、3G/4G、WIA-PA/FA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)標準的多種問題，提供大帶寬、高可靠、低時延、可移動的通信網(wǎng)絡(luò)，賦能智能礦山應(yīng)用[3]（表3）。

表3 礦山通信設(shè)施類型

（二）構(gòu)建礦山數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是礦山智能化轉(zhuǎn)型的主要途徑，也是礦山無人化運營的數(shù)字基礎(chǔ)。數(shù)字孿生的原理是通過對礦山地質(zhì)、地表、設(shè)備、人員的數(shù)字孿生化，讓管理人員進入“人身安全環(huán)境”下的數(shù)字孿生礦山閉環(huán)中，逐步達到可視化、實時同步和互操作的運行水平，實現(xiàn)礦山經(jīng)營少人化、無人化的最終目標（圖2）。

圖2 數(shù)字孿生架構(gòu)

礦山數(shù)字孿生需要經(jīng)歷多個發(fā)展階段，想要實現(xiàn)實時可操作的“完全體”，還有待礦山智能化進程的進一步發(fā)展（表4）。

表4 數(shù)字礦山發(fā)展階段

（三）打造無人礦山

對于露天礦場開采而言，礦石與廢料土方運輸占據(jù)整個礦山生產(chǎn)成本的大頭，部分露天礦山運輸成本高達50%（運輸基建成本占比更高），因此降低土方運輸成本是智慧無人化礦山建設(shè)的重要切入點。從作業(yè)環(huán)節(jié)看，無人駕駛在露天礦山的落地，不僅實現(xiàn)了無人化安全作業(yè)與經(jīng)營效益提升，也為后續(xù)的礦山智能化建設(shè)打好了地基，使基于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧決策系統(tǒng)具有可行性（圖3）。

圖3 礦山無人駕駛系統(tǒng)

由圖4可知，無人駕駛在2012年實現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，同時降本效應(yīng)明顯，達到了50%。

圖4 礦山無人駕駛系統(tǒng)降本增效

（四）形成智能礦山

從生產(chǎn)作業(yè)工序出發(fā)，通過數(shù)字孿生與AI技術(shù)推動礦山作業(yè)的智能化與無人化。通過對地質(zhì)測量、礦產(chǎn)資源儲量、采礦、選礦、資源節(jié)約與綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護等各要素實現(xiàn)智能化、自動化、信息化和協(xié)同化管控，建設(shè)具備感知、分析、推理、判斷、決策能力的現(xiàn)代化智能礦山（圖5）。

圖5 礦山升級改造與生產(chǎn)經(jīng)營整合

三、礦山智能化轉(zhuǎn)型的保障措施

（一）政策指引

雖然國家和地方均出臺了針對礦山安全生產(chǎn)和智能化建設(shè)的相關(guān)政策要求，但是對于“從哪些維度建設(shè)”“建設(shè)到什么程度”“有哪些具體指標”這些具體問題仍然缺乏相應(yīng)的標準規(guī)范，礦山智能化建設(shè)難以做到有的放矢，標準體系建設(shè)需求迫切。目前，國家礦山安全監(jiān)察局已經(jīng)著手推動智能礦山標準體系，為未來礦山的智能化建設(shè)提供標準指引[4]。

（二）建設(shè)資金投入

礦山的開采是一項長周期的投入，根據(jù)礦山及礦儲量的規(guī)模，一般礦山的生命周期短則10年，長則30年。這意味著前期的項目整體規(guī)劃至關(guān)重要，需要全面涵蓋礦山基建、智能化設(shè)施的投入、生產(chǎn)采掘的規(guī)劃等。

從長期視角看，要形成觀念上的轉(zhuǎn)變，即礦山數(shù)字化、智能化的建設(shè)投入不應(yīng)被視為單純的財務(wù)支出，而更應(yīng)該是一種資產(chǎn)投入，其目的在于幫助礦業(yè)企業(yè)以更低的成本、更高的效率、更安全的方式進行生產(chǎn)運營，帶來持續(xù)的管理和經(jīng)營效益（表5）。

表5 礦山智能化支出與投入對比

（三）規(guī)范市場秩序

產(chǎn)業(yè)智能化、數(shù)智化發(fā)展是一個循序漸進的過程，細枝末節(jié)的環(huán)節(jié)很多，搭建一個能夠真正“跑起來”，對業(yè)務(wù)有實質(zhì)性提質(zhì)增效的產(chǎn)品，還是需要時間和耐心去打磨[5]。市場過熱的現(xiàn)象可能會引起“劣幣驅(qū)逐良幣”的問題，比如重復(fù)性建設(shè)、打造“面子工程”，或是熱錢涌入或?qū)е峦稒C者橫行（而用戶企業(yè)在實施前缺乏辨識度），讓從業(yè)者費心費力培育起來的市場信心又一次受到重創(chuàng)，導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展陷入停滯甚至倒退（圖6）。

圖6 礦山投資與投資金額

（四）加大產(chǎn)業(yè)融合

智能化礦山要以實現(xiàn)“安全、綠色、高效”為核心目標，將大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與采礦行業(yè)深度融合，體現(xiàn)出數(shù)字化、智能化技術(shù)和裝備應(yīng)用于生產(chǎn)和管理過程，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)全流程可視化、可管化、可控化以及一體化管理，提高生產(chǎn)效率和安全性。